Универсальное уравнение потери почвы
Универсальное уравнение потери почвы (USLE) — это широко используемая математическая модель , описывающая эрозии почвы . процессы [1]
Модели эрозии играют решающую роль в почвенных и водных ресурсов сохранении и оценке загрязнения из неточечных источников , включая: оценку и инвентаризацию наносов , планирование консервации и проектирование контроля наносов , а также для развития научного понимания. USLE или одна из его производных являются основными моделями, используемыми правительственными учреждениями США для измерения водной эрозии. [2]
USLE был разработан в США на основе данных об эрозии почвы, собранных начиная с 1930-х годов Министерством сельского хозяйства США.( Министерство сельского хозяйства США ) Служба охраны почв (ныне Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США ). [3] [4] Эта модель десятилетиями использовалась для целей планирования сохранения как в Соединенных Штатах, где она возникла, так и во всем мире, а также использовалась для реализации многомиллиардной программы сохранения природы Соединенных Штатов. Пересмотренное универсальное уравнение потери почвы (РУСЛЕ) [5] и Модифицированное универсальное уравнение потери почвы (MUSLE) продолжают использоваться для аналогичных целей.
Обзор моделей эрозии
[ редактировать ]Двумя основными типами моделей эрозии являются модели, основанные на процессах, и модели, основанные на эмпирическом опыте . Модели, основанные на процессах (физически обоснованные), математически описывают эрозионные процессы отделения, переноса и отложения , а посредством решения уравнений, описывающих эти процессы, дают оценки потери почвы и выхода наносов с определенных участков поверхности земли. Наука об эрозии недостаточно развита для существования полностью процессуальных моделей, не включающих эмпирические аспекты. Вероятно, основным показателем отличия моделей эрозии, основанных на процессах, от других типов моделей эрозии является использование уравнения непрерывности отложений, обсуждаемого ниже. Эмпирические модели напрямую связывают факторы управления и окружающей среды с потерей почвы и/или выходом наносов посредством статистических взаимосвязей. Лейн и др. [6] представили подробное обсуждение природы моделей, основанных на процессах, и эмпирических моделей эрозии, а также обсуждение того, что они назвали концептуальными моделями , которые лежат где-то между моделями, основанными на процессах, и чисто эмпирическими моделями. Текущие исследовательские усилия, связанные с моделированием эрозии, ориентированы на разработку моделей эрозии, основанных на процессах. С другой стороны, стандартной моделью для большинства оценок эрозии и планирования консервации является эмпирически обоснованная USLE, и продолжаются активные исследования и разработки технологии прогнозирования эрозии на основе USLE .
Описание ЕГЛЭ
[ редактировать ]USLE был разработан на основе экспериментов по графику эрозии и симулятору осадков. USLE состоит из шести факторов для прогнозирования среднегодовой потери почвы в долгосрочной перспективе (A). Уравнение включает в себя коэффициент эрозии дождевой воды (R), коэффициент эрозии почвы (K), топографические факторы (L и S) и факторы управления земледелием (C и P). Уравнение принимает простую форму произведения:
В USLE есть еще одна концепция экспериментального значения — концепция единичного графика. почвы Единичный участок определяется как стандартное состояние участка для определения эрозионной способности . Это условия, когда коэффициент LS = 1 (уклон = 9% и длина = 22,1 м (72,6 фута), когда участок находится под паром , обработка ведется вверх и вниз по склону, и никакие методы консервации не применяются (CP = 1). В этом состоянии :
Более простой метод прогнозирования K был представлен Wischmeier et al. [7] который включает в себя размер частиц почвы, содержание органических веществ, структуру почвы и проницаемость профиля. Коэффициент эродированности почвы К можно аппроксимировать по номограмме, если известны эти сведения. Коэффициенты LS можно легко определить по диаграмме влияния уклона, зная длину и уклон уклона. Коэффициент управления растениеводством (C) и коэффициент природоохранной практики (P) получить труднее, и их необходимо определять эмпирически на основе данных участков. Они описываются коэффициентами потерь почвы (C или P с / C или P без).
За последние несколько десятилетий появились различные методы расчета пяти факторов RUSLE. [8] Однако определение фактора P оказалось сложной задачей, поскольку обычно отсутствует геопространственная информация о конкретных методах сохранения почв в данном регионе. Таким образом, для оценки значения коэффициента Р в формуле RUSLE часто используется сочетание типа землепользования и уклона уклона, где более низкое значение указывает на более эффективный контроль эрозии почвы. [9]
Практика создания границ полей, таких как каменные стены, живые изгороди, земляные насыпи и линчеты, была эффективной для предотвращения или уменьшения эрозии почвы в доиндустриальном сельском хозяйстве. [10] Недавно новая модель P-фактора для Европы была разработана на основе данных, полученных в ходе статистического исследования, которое зафиксировало появление каменных стен и травяных полей в странах ЕС. Хотя это одна из первых попыток включить особенности культурного ландшафта в модель эрозии почвы в континентальном масштабе, авторы исследования указали на несколько ограничений, таких как небольшое количество обследованных точек и выбранный метод интерполяции. [11] Было продемонстрировано, что ландшафтная археология может заполнить этот пробел в данных о методах сохранения почвы с помощью инструмента на основе ГИС, называемого «Характеристика исторического ландшафта». [12] (ХЛК). Исходя из предположений, что строительство границ полей всегда представляло собой эффективный метод ограничения эрозии почвы и что эффективность любых природоохранных мер по смягчению эрозии почвы увеличивается с увеличением уклона, было разработано новое уравнение P-фактора, интегрирующее HLC в рамках модели RUSLE. В недавнем исследовании моделирование данных ландшафтных археологических раскопок в уравнении оценки потери почвы позволяет глубже задуматься о том, как исторические стратегии управления почвенными ресурсами могут быть связаны с текущими экологическими и климатическими условиями. [13]
См. также
[ редактировать ]- Сертифицированный специалист по контролю эрозии и отложений ( CPESC )
- Контроль эрозии
- WEPP (Проект прогнозирования водной эрозии), физически обоснованная модель моделирования эрозии.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хадсон, Норман (1993). Полевые измерения эрозии и стока почвы, выпуск 68 . Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. стр. 121–126. ISBN 9789251034064 .
- ^ Национальная служба охраны ресурсов Министерства сельского хозяйства США. Вашингтон, округ Колумбия. 61 FR 27998 «Техническая помощь». 04.06.1996.
- ^ Вишмайер, WH и DD Смит. 1978. «Прогнозирование потерь от дождевой эрозии: Руководство по планированию сохранения». Справочник по сельскому хозяйству № 537. Министерство сельского хозяйства США/Управление по науке и образованию, США. Правительство Типография, Вашингтон, округ Колумбия. 58 стр.
- ^ Вишмайер, У.Х. и Д.Д. Смит, 1960. «Универсальное уравнение потери почвы для руководства при планировании природоохранных ферм». Пер. Межд. Конгресс Почвоведение, 7-е, с. 418-425.
- ^ Министерство сельского хозяйства США - Служба сельскохозяйственных исследований. 2014. «Пересмотренное универсальное уравнение потери почвы (RUSLE) – Добро пожаловать в RUSLE 1 и RUSLE 2» .
- ^ Лейн, LJ, ЭД Ширли и вице-президент Сингх. 1988. «Моделирование эрозии на склонах холмов». стр.287-308. В: М.Г. Андерсон (ред.) «Моделирование геоморфологических систем». Джон Уайли, издательство, Нью-Йорк.
- ^ Вишмайер, WH, CB Johnson и BV Cross. 1971. «Номография эрозии почв сельскохозяйственных угодий и строительных площадок». Журнал охраны почвы и воды 26:189-193. ISSN 1941-3300
- ^ Госал, Кошик; Дас Бхаттачарья, Сантасмита (01 апреля 2020 г.). «Обзор модели РУСЛЕ» . Журнал Индийского общества дистанционного зондирования . 48 (4): 689–707. дои : 10.1007/s12524-019-01097-0 . ISSN 0974-3006 .
- ^ Тянь, Пей; Чжу, Чжаньлян; Юэ, Цимэн; Он, Йи; Чжан, Чжаойи; Хао, Фанхуа; Го, Вэньчжао; Чен, Линь; Лю, Муксинг (01 сентября 2021 г.). «Оценка эрозии почвы с помощью RUSLE с улучшенным коэффициентом P и ее проверка: практический пример горных и холмистых районов провинции Хубэй, Китай» . Международные исследования по сохранению почвы и воды . 9 (3): 433–444. дои : 10.1016/j.iswcr.2021.04.007 . ISSN 2095-6339 .
- ^ Гуттманн-Бонд, Эрика (2019). Новое изобретение устойчивого развития: как археология может спасти планету . Книги Оксбоу. дои : 10.2307/j.ctv13pk7cp . ISBN 978-1-78570-992-0 .
- ^ Панагос, Панос; Боррелли, Паскуале; Мейсбургер, Катрин; ван дер Занден, Эмма Х.; Поэзен, Жан; Алвелелл, Кристина (01 августа 2015 г.). «Моделирование влияния практик поддержки (P-фактор) на снижение водной эрозии почвы в европейском масштабе» . Экологическая наука и политика . 51 : 23–34. дои : 10.1016/j.envsci.2015.03.012 . ISSN 1462-9011 .
- ^ Дабо, Нильс; Каррер, Франческо (2 июля 2020 г.). «Характеристика исторического ландшафта: технические подходы за пределами теории» . Пейзажи . 21 (2): 152–167. дои : 10.1080/14662035.2020.1993562 . ISSN 1466-2035 .
- ^ Брандолини, Филиппо; Киннэрд, Тим С.; Шривастава, Аюш; Тернер, Сэм (27 марта 2023 г.). «Моделирование влияния изменения исторического ландшафта на эрозию и деградацию почвы» . Научные отчеты . 13 (1): 4949. doi : 10.1038/s41598-023-31334-z . hdl : 10023/27354 . ISSN 2045-2322 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Об универсальном уравнении потери почвы» - Министерство сельского хозяйства США
- РУСЛЕ2 - Официальный сайт - USDA